废弃泡沫塑料的疏浚泥固化处理技术的研究
摘 要:提出采用疏浚泥固化技术治理由废弃泡沫塑料引起的白色污染,既可解决疏浚泥及废弃泡沫塑料对环境的污染,又可废物利用产生新型土工材料。研究这一方法的技术可行性,对其综合性技术经济效益进行了评价。
为保证电器及其它贵重易碎商品在运输过程中的安全,往往采用泡沫塑料这种既不会增加很大重量又能缓冲其受力的材料来衬垫。而当这些商品到达消费者手中时,泡沫塑料成了占用空间大而作用甚微的废品,于是产生了大量废弃泡沫塑料。另外,大量塑料一次性餐具的使用,也使得废弃泡沫塑料大为增加。然而,废弃泡沫塑料极低的价值也使得我国对废弃泡沫塑料的回收率极低,这就使大量的废弃泡沫塑料进入垃圾。进入生活垃圾中的废弃泡沫塑料很难处理,按最简单原始的填埋法处理,既占用大量土地又造成对空气、地下水资源及江河湖海的二次污染。塑料制品体积大、比重轻、埋在地下数百年不能降解,而且塑料中增塑剂和添加剂的渗出严重影响土壤的传热、传质过程,使土壤板结,并导致地下水污染。用焚烧法处理时,焚烧的稳定性差,产生成分复杂的废气和大量含毒性极强的污染物,造成对大气的二次污染。而且,焚烧处置的各种费用高。可见生活垃圾中的废弃泡沫塑料不但影响了自然景观,产生了视觉污染,更深层次危害我们日渐脆弱的环境,给人们生活和健康带来不利影响[1 - 2] 。
在我国随着湖泊治理、港口、航道、海洋和海岸工程建设的迅速增长,产生了大量的疏浚泥,如浙江省的6 万km 河道淤积总量已达20 亿m3 ,每年平均淤积量1 亿m3 。目前在我国主要通过两种方法处理疏浚泥:吹填方法、抛泥方法[3 - 4 ] 。吹填方法就是在需要填方的地区修建围堰,然后将疏浚泥吹填在内的方法。使用吹填处理的最大问题就是吹填用地问题,吹填地基也由于非常软弱,在后期的开发利用时需要花费昂贵的地基处理费用,而且吹填施工往往出现泥水向围堰外部扩散,引起二次污染的问题。抛泥方法一般是在特定的海域内设置倾倒区,将疏浚泥运输至此倾倒于海洋。这种行为严重危害了海洋生物生存环境,影响了海洋资源的有效利用开发。据有关专家预测, 疏浚淤泥的处置问题将会成为制约我国治理大江大河和海洋工程发展的关键性问题。
在许多大型土方工程中,如在高速公路的建设、河道堤岸的加固、建筑填方工程、海洋工程中都需要大量的填方用土。目前,这些土一般来自耕地的开挖、河床采砂、开山采石等方法,但这些方法取得的土方资源是有限的。而且这些方法还会带来许多负面影响,如造成水土流失和农田减少等,直接危害环境。由于我国特别是沿海地区建设需土方量大,随着天然资源的减少和民众环保意识的增强,土方的开采越来越难,又因为价格的上涨和运输距离的延长,长距离土方运输就很不经济。所以,工程用土已经成为一些特别是大型工程项目的开发建设的重要成本因素。
如何解决以上三方矛盾,科学地利用这些废弃资源是一个亟待解决的环境课题。本文提出通过固化技术,将已成为垃圾的疏浚泥、废弃泡沫塑料处理变为新的土工材料———泡沫塑料轻质填土,既解决了土石方资源匮乏问题,又减少垃圾,解决了环境污染问题。国内在这方面目前还处于起步和探索阶段,本文对这一技术的基本原理及工程特性进行了试验研究。
1 基本原理
固化处理技术是将有害废弃物与固化剂及其它化学添加剂混合均匀,使其转化成类似土壤或胶结强度很大的固体,就地填埋或用作建筑材料。
疏浚泥固化处理技术是将疏浚泥倒入搅拌器内,再按设计配比称量并加入水泥类固化剂和废弃泡沫塑料颗粒,以机械方式强制搅拌混合,形成具有一定强度的固化体。由于水泥水化产物在土颗粒表面及土颗粒之间的生成,逐渐填充了土颗粒之间的大孔隙,并随着水泥水化物的继续增多、凝聚和结晶. 在继续填充大孔隙的同时,开始对土中粒团内的微孔隙发生影响,使水泥土的渗透系数降低,从而达到用惰性材料来束缚有害废弃物中的危险成分浸出的目的。更主要的是其最终产生了具有高附加值的新型土工材料———废弃泡沫塑料轻质填土,达到了废物资源化利用的目的。
2 室内试验
室内试验采用广东省大亚湾滨海相疏浚泥作为原料土(基本参数见表1) ,南京江南水泥有限公司生产的钟山牌325 # 普通硅酸盐水泥作为固化材料,粒径1～3mm 的泡沫塑料颗粒作为轻质材料。试验时先按一定体积取淤泥,倒入搅拌器内,再按设计配方称量并加入水泥和泡沫塑料颗粒,以机械方式强制搅拌,转速为100r/ min ,搅拌5min ,然后分三层装入内直径5cm ,高10cm 的圆柱体模具,每层轻轻压实,再装下一层,直到装满。置于恒温恒湿箱中养护,养护条件为湿度90 %～100 % ,温度0 ±2 ℃。养护24h 脱模,脱模后试样继续在养护箱内养护,直到设计龄期。对于不同龄期、不同配方的试样先量测试样的体积和质量,再进行无侧限抗压强度试验。
表1 试验所用疏浚淤泥基本参数 |
室内试验采用配方为:一方疏浚泥中水泥添加量为68～137kg ,废弃泡沫塑料颗粒添加量为25. 71～69.98kg。不同配方试样养护7d、28d 的试验结果如图1、图2 所示。
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试验结果表明,采用本试验配比,废弃泡沫塑料轻质填土具有以下工程特性:湿密度在0. 7～1. 0g/ cm3之间,而且可根据工程的不同要求,通过调整材料配方来控制,在满足强度要求的前提下,尽量降低密度和成本;无侧限抗压强度较普通填土高的多,而且可根据工程的不同要求,通过调整材料的配方可将其无侧限抗压强度在145～500kPa 范围内自由控制;试样的强度来源于固化材料的水化反应,所以其长期强度不仅不会减小,而且会稍有增加。需要注意的是,所有本试验所用配方的试样, 破坏应变都小于5 % , 为脆性破坏[5] 。如图3 所示:一方淤泥中水泥添加量为102. 86kg时,不同泡沫塑料颗粒含量的试样,28d 应力2应变曲线中试样的破坏应变小于3 %。因此对这种土工材料,需要控制荷载,使荷载不超过结构强度,从而使其有良好的工程性质[6] 。
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3 工程造价
根据固化处理设备输送、添加固化材料、混合搅拌的原理,而正在研制改造的成套淤泥固化设备,其造价在50 万元以下,处理能力预计为50m3/ h ,这有助于实现一次大量处理废弃淤泥及废弃泡沫塑料。而且处理工厂可根据需要设置为固定式或船载、车载等移动式,在施工上比较灵活。
由于单纯添加水泥会使工程造价过高,可添加工业废料如粉煤灰、石膏等作为辅助固化材料,既促进了水泥的固化效果,降低了造价,又可废物利用,产生新的土工材料。
采用此技术制成的土工材料具有轻质高强、固化前具有流动性、固化后可以自立等优点,可以被广泛地用于路基的扩幅填土、软基上的填土、桥台等结构物背后填土以及直接用做挡土墙。尤其是低密度的特点,可以减轻对基底或下卧层的压力,减少甚至无需地基处理,可大幅度地缩短施工工期、节省用地等,特别是可大幅地降低由于软基的工后沉降而引起的维护管理
费,进一步降低了整个工程的综合造价。以广珠东线为例,建筑施工时对软基路段进行排水固结处理的同时,大部分路段还进行过两次超载预压,许多桥涵背在回填砂前还进行过一些特殊处理(如:粉喷桩) ,但在建成通车的仅两年的时间内,已对区内的近50 个桥涵背进行过三次大的修补,付出的直接维修费用就达到了1500 万元,并且还需进行不断的修补。上述工程如采用经轻量化处理后的轻质填土,应能创造十分显著的社会经济效益。
4 结论
采用固化处理的方法,一次大量处理疏浚泥及废弃泡沫塑料,使其达到工程所要求的密度、强度等要求在技术上是可行的。既具有保护环境和废物利用的优点,又有广阔的工程应用前景,是一种值得推广的方法。
[参考文献]
[1 ] 李新国,余仁焕.“白色污染”治理现状及对策[J ] . 轻金属,2002 ,10 :61263.
[2 ] 郭廷杰. 废塑料合理再生利用的探讨[J ] . 能源工程,2002 ,5 :36239.
[3 ] 朱伟,张春雷,高玉峰,等. 疏浚泥处理再生资源技术的现状[J ] . 环境科学与技术,2002 ,4 :39241.
[4 ] 朱伟,刘汉龙,高玉峰. 工程废弃土的再生资源利用技术[J ] . 再生资源研究,2001 ,6 :32235.
[5 ] 汤怡新,刘汉龙,朱伟. 水泥固化土工程特性试验研究[D] . 堤防加固技术研讨会论文集,1999 ,9302936.
[6 ] 马时冬. 聚苯乙烯泡沫塑料轻质填土(SLS) 的特性[J ] . 岩土力学,2001 ,2 :2452248.
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